Nanoimprinted hyperlens array:baner vejen for praktisk billedoptagelse i superopløsning

Konceptet med en perfekt linse, der kan producere pletfri og fejlfrie billeder, har været linsefabrikaters hellige gral i århundreder. I 1873, en tysk fysiker og optisk videnskabsmand ved navn Ernst Abbe opdagede mikroskopets diffraktionsgrænse. Med andre ord, han opdagede, at konventionelle linser grundlæggende ikke er i stand til at fange alle detaljerne i et givet billede. Siden da, der har været adskillige fremskridt inden for området for at producere billeder, der ser ud til at have en højere opløsning end tilladt af diffraktionsbegrænset optik.

I 2000, Professor Sir John B. Pendry fra Imperial College London - John Pendry, der lokkede millioner af Harry Potter -fans rundt om i verden med mulighed for en ægte Invisibility Cloak - foreslog en metode til at skabe et objektiv med et teoretisk perfekt fokus. Opløsningen af ​​ethvert optisk billeddannelsessystem har en maksimal grænse på grund af diffraktion, men Pendrys perfekte teoretiske linse ville være fremstillet af metamaterialer (materialer konstrueret til at have egenskaber, der ikke findes i naturen) for at gå ud over diffraktionsgrænsen for konventionelle linser. At overvinde denne opløsningsgrænse for konventionel optik kan drive videnskab og teknologi til optisk billeddannelse ind i verdener, når de kun drømte af almindelige Muggles.

Forskere over hele verden har siden bestræbt sig på at opnå billedbehandling i superopløsning, der fanger de fineste detaljer i flygtige bølger, der ellers ville gå tabt med konventionelle linser. Hyperlinser er enheder i superopløsning, der transformerer spredte flygtige bølger til formerende bølger for at projicere billedet ind i fjernfeltet. Nylige eksperimenter, der fokuserer på en enkelt hyperlens fremstillet af et anisotropisk metamateriale med en hyperbolsk dispersion, har vist langt-felt sub-diffraktionsbilleddannelse i realtid. Imidlertid, sådanne indretninger er begrænset af et ekstremt lille observationsområde, som følgelig kræver præcis positionering af motivet. Et hyperlens -array er blevet anset for at være en løsning, men fremstilling af et sådant array ville være ekstremt vanskeligt og uoverkommeligt dyrt med eksisterende nanofabrikationsteknologier.

Forskning udført af professor Junsuk Rhos team fra Institut for Maskinteknik og Institut for Kemiteknik ved Pohang University of Science and Technology i samarbejde med forskerteam fra Korea University har ydet store bidrag til at overvinde denne forhindring ved at demonstrere en skalerbar og pålidelig fremstillingsproces af en storskala hyperlens -enhed baseret på direkte mønsteroverførselsteknikker. Denne præstation er blevet offentliggjort i den verdenskendte Videnskabelige rapporter .

Teamet løste hovedbegrænsningerne ved tidligere fremstillingsmetoder for hyperlens -enheder gennem nanoimprint -litografi. Baseret på en simpel mønsteroverførselsproces, holdet var i stand til let at fremstille en perfekt storskala hyperlens-enhed på et replikeret sekskantet array af halvkuglesubstrat, der direkte blev udskrevet og mønsteroverført fra masterformen, efterfulgt af metal-dielektrisk flerlagsaflejring ved elektronstrålefordampning. Denne 5 cm x 5 cm hyperlens-array er blevet vist at løse sub-diffraktionsegenskaber ned til 160 nm under et synligt lys på 410 nm bølgelængde.

Professor Rho forudser, at forskerholdets nye omkostningseffektive fremstillingsmetode kan bruges til at sprede praktiske fjernfelt- og real-time superopløsnings billeddannelsesenheder, der kan bruges meget i optik, biologi, lægevidenskab, nanoteknologi, og andre beslægtede tværfaglige områder.